(57)【要約】【課題】製造歩留まりを高めて、生産性を向上させることができる水晶振動子の製造方法を提供する。【解決手段】基体の上面に振動電極を有した水晶振動素子を搭載する工程Ａと、前記水晶振動素子に電圧を印加して振動を起こさせ、その周波数を測定しながら、振動電極面に相当する箇所にメッシュ加工されたマスクジグを使用し、前記振動電極の表面にイオンビームを照射することにより、前記水晶振動素子の周波数調整を行う工程Ｂと、前記導体パターンに対し前記水晶振動素子を被覆するようにして金属製の蓋体を接合する工程Ｃとを含むものである。【選択図】図３
2006101317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の上面に振動電極を有した水晶振動素子を搭載する工程Ａと、
前記水晶振動素子に電圧を印加して振動を起こさせ、その周波数を測定しながら、振動電極面に相当する箇所にメッシュ加工されたマスクジグを使用し、前記振動電極の表面にイオンビームを照射することにより、前記水晶振動素子の周波数調整を行う工程Ｂと、
前記導体パターンに対し前記水晶振動素子を被覆するようにして金属製の蓋体を接合する工程Ｃとを含む水晶振動子の製造方法。
【請求項２】
前記工程Ｂにおいて、前記マスクジグのメッシュ箇所が、外周部に向かって、開口面積が大きくなることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信機器や電子機器等のタイミングデバイスとして用いられる水晶振動子の製造方に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯用通信機器等のタイミングデバイスとして水晶振動子が用いられている。
かかる従来の水晶振動子としては、例えば図６に示す如く、アルミナセラミックス等から成る容器体２１の上面に凹部２２を形成するとともに、該凹部２２の底面に水晶振動素子２３を搭載し、更に前記容器体２１上に、凹部２２の開口部を塞ぐようにして金属製の蓋体２４を取着・接合して、水晶振動素子２３を凹部２２の内面と蓋体２４の下面とで囲まれた領域内に気密封止した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、上述した水晶振動子は、先ず、水晶振動素子２３を容器体２１の凹部底面にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含む導電性接着剤を用いて実装し、次に水晶振動素子２３の周波数調整を行い、最後に蓋体２４を容器体２１の上面に載置させた上、その外周部を容器体２１の上面に設けられている導体パターンに従来周知のシーム溶接等で接合することにより製造される。
【０００４】
尚、水晶振動素子２３の周波数を調整するための方法としては、水晶振動素子２３の振動電極間に所定の電圧を印加して水晶振動素子２３に厚みすべり振動を起こさせながら、その周波数を測定し、該測定値が所定の値となるまで水晶振動素子２３の振動電極にイオンビームを照射させることによって振動電極の表面を削り取るといった手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２７４６４９号公報
【特許文献２】特開平９−３２１５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の水晶振動子においては、その製造工程中、周波数調整をする際に、イオンガンにより、水晶振動素子の振動電極の表面に、凹凸が形成されており、特に前記振動電極の中心部が一番削れてしまうことにより、前記水晶振動素子の主振動のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値の変動によりスプリアス（Ｓｐ）比が悪くなるという欠点があった。
【０００６】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、前記水晶振動素子の主振動のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値のばらつきを抑えるとともに、水晶振動子の生産性を向上させることができる水晶振動子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の水晶振動子の製造方法は、基体の上面に振動電極を有した水晶振動素子を搭載する工程Ａと、前記水晶振動素子に電圧を印加して振動を起こさせ、その周波数を測定しながら、振動電極面に相当する箇所にメッシュ加工されたマスクジグを使用し、前記振動電極の表面にイオンビームを照射することにより、前記水晶振動素子の周波数調整を行う工程Ｂと、前記導体パターンに対し前記水晶振動素子を被覆するようにして金属製の蓋体を接合する工程Ｃとを、含むことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、前記工程Ｂにおいて、前記マスクジグのメッシュ箇所が、外周部に向かって、開口面積が大きくなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水晶振動子の製造方法によれば、水晶振動素子の振動電極表面にメッシュ加工されたマスクジグを使用し、イオンビームを照射することにより、水晶振動素子の周波数調整を行うようにしたことから、水晶振動素子の振動電極表面の膜厚を均一に保つことでクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値分布のバラツキを抑えることが可能となる。
【００１０】
また、前記水晶振動子の主振動のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値を抑えることにより、スプリアス（Ｓｐ）比が、高くなるのでスプリアス（Ｓｐ）発振や異常発振の発生を抑制することができる。
【００１１】
しかもこの場合、水晶振動素子のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値のバラツキを抑えることができることにより、前記水晶振動子の発振特性を安定にできるので、生産性を向上させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の水晶振動子の製造方法によれば、前記マスクジグのメッシュ箇所が、外周部に向かって、開口面積が大きくなることにより、
水晶振動素子の発振電極の膜厚を微細に調整することができ、膜厚を更に均一に保てるため、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値のバラツキを抑え、スプリアス（Ｓｐ）比が高くなるのでスプリアス（Ｓｐ）発振や異常発振の発生を抑制をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の製造方法によって製作した水晶振動子の分解斜視図、図２は図１の水晶振動子の断面図であり、同図に示す水晶振動子は、大略的に、基体としての容器体１と、水晶振動素子５と、蓋体４とで構成されている。
【００１４】
前記容器体１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成り、上面の中央域には凹部が設けられ、更に凹部の開口部の外方に位置する容器体１の上面には凹部の開口部を囲繞するようにして環状の導体パターン２が被着されている。
【００１５】
前記容器体１は、凹部内に水晶振動素子５を収容するためのものであり、その下面には複数個の外部端子７が、凹部の底面には水晶振動素子５の振動電極に接続される一対の搭載パッド等が設けられており、外部端子７は水晶振動子をマザーボード等の外部回路基板に搭載する際、外部回路基板と電気的に接続するための端子として機能し、これらの外部端子７と凹部底面の搭載パッド等は容器体表面の配線導体や容器体内部に埋設されているビアホール導体等を介して相互に電気的に接続される。
【００１６】
また前記導体パターン２は、例えば、タングステン、モリブデン等から成るメタライズ層（厚み：１０μｍ〜２０μｍ）の上面にニッケル層（厚み：２μｍ〜６μｍ）および金層（厚み：０．７μｍ〜１．４μｍ）を順次、被着・形成して成り、その表面には後述する蓋体４の下面が接合材を介して接合される。
また、前記容器体１の上面に設けられている凹部の底面には、水晶振動素子５が搭載されている。
【００１７】
前記水晶振動素子５は、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の振動電極を被着・形成した構造を有し、一対の振動電極を導電性接着剤６を介して凹部底面の対応する搭載パッドに電気的に接続させることによって容器体１の凹部底面に搭載され、これによって水晶振動素子５と容器体１とが電気的・機械的に接続される。
かかる水晶振動素子５は、外部からの変動電圧が一対の振動電極を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。
【００１８】
そして、先に述べた容器体１の上面には、凹部の開口部を塞ぐようにして蓋体４が取着されている。
前記蓋体４は、４２アロイやコバール、リン青銅等の金属によって平板状をなすように形成されており、その下面外周部を容器体上面の導体パターン２に対し接合させることによって容器体１の上面に取着され、凹部の内面と蓋体４の下面とで囲まれた領域内に前記水晶振動素子５が収納される。尚、前記蓋体４と容器体１とは、例えば、金８０％、錫２０％の組成比率を有したろう材層３を介して接合される。
【００１９】
また、このような蓋体４は、容器体１の配線導体等を介してグランド端子用の外部端子７に接続させておくことが好ましく、そのようにしておくことにより、水晶振動子の使用時、蓋体４がアースされてシールド機能が付与されるようになり、水晶振動素子５を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することができる。従って、蓋体４は容器体１の配線導体を介してグランド端子用の外部端子７に接続させておくことが好ましい。
【００２０】
かくして上述した水晶振動子は、容器体１の下面に設けられている入出力端子を介して水晶振動素子５の振動電極間に外部からの電圧を印加し、水晶振動素子５を所定の周波数で厚みすべり振動させることによって水晶振動子として機能する。そして、このような水晶振動子の周波数に基づいて外部の発振回路で出力された発振信号は、例えば、携帯用通信機器等の電子機器における基準信号（クロック信号）として利用されることとなる。
【００２１】
次に上述した水晶振動子の製造方法について図３を用いて説明する。
（工程Ａ）
まず、中央域に凹部が設けられている容器体１の上面に前記凹部の開口部を囲繞するようにして環状の導体パターン２を被着させ、該導体パターン２の内側に位置する凹部１ａの底面に水晶振動素子５を搭載する。
【００２２】
前記容器体１は、例えば、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、例えば、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末にガラス粉末、有機溶剤、有機バインダ等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に配線導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、これを複数枚積層して積層体を形成し、これをプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。尚、前記凹部は、前記積層体の上部に配置されるセラミックグリーンシートに略矩形状の貫通穴を穿設しておくことにより形成される。
【００２３】
また、前記導体パターン２は、例えば、タングステン（Ｗ）または、モリブデン（Ｍｏ）等の金属を主成分とする導体ペーストを前記容器体１の上面に従来周知のスクリーン印刷等により所定パターンに塗布して高温で焼き付けた後、その表面に従来周知の無電解めっき法や電解めっき法等によってニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、被着させることによって形成される。
【００２４】
一方、前記水晶振動素子５は、その両主面に設けられている振動電極の一端が容器体１の凹部底面内に設けられている搭載パッドに導電性接着剤６を介して対向するようにして凹部内の所定位置に載置させ、しかる後、前記導電性接着剤６を加熱・硬化させることによって容器体１の凹部内に搭載され、これによって水晶振動素子５と容器体１とが電気的・機械的に接続される。
【００２５】
（工程Ｂ）
次に、前記水晶振動素子５に所定の電圧を印加して厚みすべり振動を起こさせ、その周波数を測定しながら、水晶振動素子５の振動電極表面にメッシュ加工を施したマスクジグ８を使用し、イオンビームを照射することにより、水晶振動素子５の周波数調整を行う。
【００２６】
上述したイオンビームの照射は、容器体１上に、水晶振動素子５の振動電極の一部を露出させるようなメッシュ加工を有したマスクジグ８を配置させた状態で行われ、イオンガンの内部にアルゴン（Ａｒ）ガスを導入した上、熱陰極を通電加熱して、熱陰極と陽極との間の直流放電によるＡｒプラズマを生成するとともに、高圧電源によってグリッドに対し電圧を印加することによってＡｒ＋のイオンビームが発生する。このイオンビームを水晶振動素子５の振動電極に照射させることにより、振動電極の質量が減少する方向に変動して水晶振動子の周波数が変化し、水晶振動子の周波数が所望する特性となるように調整される。なお、図５に示すのは本発明で使用するマスクジグを上方から見た平面図である。放射状（図５（ａ））と丸孔状（図５（ｂ））を一例として描画している。
【００２７】
前記メッシュ加工されたマスクジグ８を使用することにより、前記水晶振動素子５の振動電極の膜厚を均一に保つことでクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値分布のバラツキを抑えることが可能となる。また、前記水晶振動子の主振動のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値を抑えることにより、スプリアス（Ｓｐ）比が、高くなるのでスプリアス（Ｓｐ）発振や異常発振の発生を抑制することができる。
【００２８】
しかもこの場合、前記水晶振動素子５のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値のバラツキを抑えることができることにより、前記水晶振動子の発振特性を安定にできるので、生産性を向上させることが可能となる。
この作用は、メッシュ箇所９が、外周部に向かって、開口面積が大きいものである程、効果が高い。
【００２９】
（工程Ｃ）
そして最後に、容器体１の導体パターン２に対し、凹部内の水晶振動素子５が被覆されるようにして金属製の蓋体４を接合し、凹部の開口部を蓋体４で塞ぐ。
前記蓋体４は従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形し、外形加工することによって製作され、かかる蓋体４の下面には、ニッケル（Ｎｉ）層、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が順次、被着形成される。かかる金錫層は蓋体４を容器体１に対して接合するためのろう材層３として機能するものであり、金錫の組成比率は、例えば、金８０％、錫２０％に設定され、その厚みは、例えば、１０μｍ〜３０μｍに設定される。
【００３０】
このような蓋体４を、凹部の開口部を塞ぐようにして容器体１上に載置させ、しかる後、前記ろう材層３を高温で加熱・溶融させることによりろう材層３が容器体１の導体パターン２に接合され、これによって蓋体４が容器体１に取着・固定され、製品としての水晶振動子が完成する。
【００３１】
（実験例）
次に本発明の作用効果を実験例に基づいて説明する。尚、本実験例は、水晶振動子について実験を行ったものである。
まず、図３に示す水晶振動子の製造方法に従って、容器体１の上面に水晶振動素子５を搭載するとともに、メッシュ加工したマスクジグ８を使用し、イオンビームにて、周波数調整を行った実験サンプル（本発明品）を作製した。
【００３２】
また、比較例として、容器体の上面に水晶振動素子を搭載するとともに、従来使用しているマスクジグ８を使用した実験サンプル（従来品）を作製した。
次に上述した２つの実験サンプルについて主振動のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値を測定した。この結果を図４（ａ）に示す。
【００３３】
この実験結果によれば、従来品では中央値で３５〔Ω〕程度のクリスタルインピーダンス分布が確認されたのに対し、本発明品では中央値で２５〔Ω〕前後のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が確認され、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が抑制されていることが見て取られる。
更に、２つの実験サンプルについてスプリアス（Ｓｐ）のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）の測定した。この結果を図４（ｂ）に示す。
【００３４】
この結果によれば、従来品では、中央値で８０〔Ω〕程度のクリスタルインピーダンス分布が確認されたのに対し、本発明品では中央値で９５〔Ω〕前後のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が確認され、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が抑制されていることが見て取られる。よって、従来品では中央値で２．２程度のスプリアス（Ｓｐ）比が確認されたのに対し、本発明品では中央値で３．５前後のスプリアス（Ｓｐ）比が確認され、スプリアス（Ｓｐ）比が抑制されていることが見て取られる。
【００３５】
以上のような実験結果から、前記メッシュ加工されたマスクジグ８を使用することにより、前記水晶振動素子５の振動電極の膜厚を均一に保つことでクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値分布及びスプリアス（Ｓｐ）比分布のバラツキを抑えていることが判る。
よって、このことによりスプリアス（Ｓｐ）発振や異常発振の発生を抑制することができる。
【００３６】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。
例えば、上述した実施形態においては、電圧の印加に伴い厚みすべり振動を起こすタイプの水晶振動素子５を用いるようにしたが、これに代えて、電力の印加に伴い弾性表面波を発生させるタイプの水晶振動素子５を用いても同様の効果を奏するものである。
【００３７】
また上述した実施形態においては、上面の中央に凹部を有した容器体１を基体として用いるようにしたが、これに代えて、凹部の存在しない平板状の基板を基体として用いても良い。この場合、水晶振動素子５は基板上面の中央域に搭載され、前記基板の上面には水晶振動素子５を囲繞するようにして環状の導体パターン２が被着・形成される。
【００３８】
更に上述した実施形態においては、基体（容器体１）の導体パターン２を蓋体４に対して直接、接合させるようにしたが、これに代えて、金属製のシールリングを接合させ、該シールリングに従来周知のシーム溶接等によって蓋体４を接合させるようにしても構わない。
【００３９】
また更に上述した実施形態において、水晶振動子を多数個取りの手法によって製造したり、上述の水晶振動子が全体の一部を構成する水晶発振器等に用いても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の製造方法によって製作した水晶振動子の分解斜視図である。
【図２】図１の水晶振動子の断面図である。
【図３】本発明の水晶振動子の製造方法を説明するための工程毎の斜視図である。
【図４】本発明の水晶振動子の製造方法によって製作された水晶振動子と従来の方法で製作された水晶振動子の特性を比較したグラフである。
【図５】本発明で使用するマスクジグの用いた場合の上からみた平面図である。
【図６】従来の水晶振動子の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・容器体
２・・・導体パターン
３・・・ろう材層
４・・・蓋体
５・・・水晶振動素子
６・・・導電性接着剤
７・・・外部端子
８・・・マスクジグ
９・・・メッシュ箇所
【図１】
2006101317.tif 000003
【図２】
2006101317.tif 000004
【図３】
2006101317.tif 000005
【図４】
2006101317.tif 000006
【図５】
2006101317.tif 000007
【図６】
2006101317.tif 000008